CN101882898A

CN101882898A - 低温烟气温差发电装置

Info

Publication number: CN101882898A
Application number: CN 201010187546
Authority: CN
Inventors: 王峰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2010-11-10

Abstract

本发明公开了一种低温烟气温差发电装置，其包括空气出口段、常温热管、散热导板、半导体温差模块、空气壳体、空气入口段、烟气入口段、低温热管、烟气壳体、集热导板、烟气出口段和导线，散热导板和集热导板分别位于半导体温差模块的相对两侧，常温热管位于散热导板的上方，空气出口段和空气入口段分别位于空气壳体的两端，低温热管位于集热导板的下方，烟气入口段和烟气出口段分别位于烟气壳体的相对两侧，半导体发电模块与导线连接。本发明利用加热炉空气预热器排向烟囱的低品位烟气，通过低温烟气温差发电装置，将其部分直接转换成有用的电能。

Description

低温烟气温差发电装置

技术领域

本发明涉及一种石油化工、煤化工加热炉使用的发电装置，特别涉及一种低温烟气温差发电装置。

背景技术

目前，为了节能的需要，石油化工管式加热炉已经广泛应用了空气预热系统，使加热炉的排烟温度有所降低。按加热炉的热效率平均90％计算，排向大气的烟气温度有160～180℃。目前，对这些低品位的热能，还没有更好的回收方法。其中，进一步降低排烟温度的方法有两种方法，一种方法是继续预热空气，这受到经济方面的限制。随着排烟温度的降低，烟气余热回收系统的末端温差越来越小，传热效果也越来越差，回收余热的换热面积也就越来越大，一次投资迅速增加。另一种方法是用低品位的烟气热能加热冷水，这除了也要面临上述问题外，还存在低品位的热水在石油化工企业无处使用的难题。温差发电技术是近些年出现的一种热能向电能直接转化的方法，对开发利用低品位热能有重大的现实意义。

中国专利ZL200820221509.9介绍了一种温差发电装置，具体地说是涉及一种利用余热温差发电装置，其包括吸热板、半导体制冷组件和散热板，吸热板和散热板附着在半导体制冷组件的两侧，半导体制冷组件两个极接有导线，半导体制冷组件是若干个半导体制冷件电串连或并联接导线而成，这样的余热发电装置具有使用方便、容易维修的特点。但该专利的半导体制冷组件需要耗费额外的能耗，这不但使温差发电装置的系统复杂化，也大大降低了发电的总效率。此外该专利的导热元件为简单的平板状，当发电功率较大时，必然会导致发热面温度急剧上升，使两边温差缩小，导致半导体元件损毁。

中国专利ZL 200810220647.X公开了一种温差发电热管，其包括一热管，该热管的底段为热段，顶段为冷段，热段和冷段之间为中段；此外，所述热管其热段的外壁及端头设有保温封闭层而构成温差发电热管的温差段，所述保温封闭层至少有部分由半导体温差发电片构成，所述半导体温差发电片的一面以热传导形式包裹封闭在热段的外面；所述各半导体温差发电片之间以串联和/或并联的方式连接。本专利还公开了一种使用上述温差发电热管的温差发电装置。本专利利用热管作为温差发电片的导热、散热装置，解决了温差发电中温差发电片冷热两面难以形成比较高且比较稳定温差的问题以及冷端散热不快的问题，有效提高了温差发电器件的热电转换效率，并为余热多级利用奠定了基础。该专利的温差发电热管结构较为复杂，这给制造带来了困难。第二，它的温差发电片直接与热介质接触，容易受到污染。第三，由于温差发电片是通过集热保温套与热管传热，这也增加了传热热阻，从而降低发电效率。第四，该装置的单根热管若出现失效，温差发电片的热量就散不出去，就会导致温差发电片两边温差缩小，导致半导体元件烧毁。

中国专利ZL 200820041939.2提供了一种管道式余热回收半导体温差发电装置。该专利是管道式余热回收半导体温差发电装置，导体温差发电模块夹在管道式集热器与套管式散热器间，轮毅式集热器紧贴于半导体温差发电模块内侧的热面，套管式散热器紧贴于半导体温差发电模块外侧的冷面，轮毅式集热器、套管式散热器与半导体温差发电模块分别以导热胶粘贴结合。发电是散发余热的气态或液态热源通过轮毅式集热器的通道传递到半导体温差发电模块热面；套管式散热器布置在半导体温差发电模块外侧的冷面，将冷面冷却到比热面低得多的温度，在半导体温差发电模块的两端面产生电势差，经稳压、交直流转换输出作为电源使用。该专利同样需要在套管式散热器的套管中间通入冷却介质进行强制冷却。这就增加了额外的能源消耗，降低了发电的总效率。

中国专利ZL200910024648.1提供了一种大管径高温烟道烟气余热半导体温差发电系统，其包括热电转换模块以及电池或负载，上述热电转换模块具体组成如下：布置于管道外壁的单面受热式半导体温差发电模块，其与管道外壁贴合面为受热面，另一面为冷却面；沿流线方向布置于管道内的阵列排布的双面受热式半导体温差发电模块，该模块内部为冷却通道，外周与高温烟气接触的面为受热面；该内部冷却通道采用水冷或空气冷却方式；由于安装阵列排布的双面受热式半导体温差发电模块，使管道内部形成堵塞，堵塞比在0.2～0.3。该专利的半导体强制冷却肋片结构，需要耗费额外的水冷或空气冷却能耗，这会不但使温差发电装置的系统复杂化，容易出现冷却介质泄露，也大大降低了发电的总效率。

但是，目前的温差发电装置技术，为了保持半导体两端的温差，都需要采用专用的冷却系统，这就增加了额外的能耗，降低了发电的总效率，所以温差发电技术的应用受到了一定的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低温烟气温差发电装置，其是利用加热炉空气预热器排向烟囱的低品位烟气，通过低温烟气温差发电装置，将其部分直接转换成有用的电能。

为解决所述技术问题，本发明提供了一种低温烟气温差发电装置，其特征在于，其包括空气出口段、常温热管、散热导板、半导体温差模块、空气壳体、空气入口段、烟气入口段、低温热管、烟气壳体、集热导板、烟气出口段和导线，散热导板和集热导板分别位于半导体温差模块的相对两侧，常温热管位于散热导板的上方，空气出口段和空气入口段分别位于空气壳体的两端，低温热管位于集热导板的下方，烟气入口段和烟气出口段分别位于烟气壳体的相对两侧，半导体发电模块与导线连接。

优选地，所述集热导板与半导体温差模块之间采用导热胶粘接或钎焊焊接。

优选地，所述半导体发电模块和散热导板之间采用导热胶粘接或钎焊焊接。

本发明的积极进步效果在于：本发明采用热管散热和集热导板，可保证高效的吸热和散热，确保半导体两端的温差。冷却方式采用空气进行冷却，被加热的空气供空气预热器使用，这不但节约了额外的冷却能量，还提高了空气预热器的热效率，也提高了热电转换效率。

附图说明

图1为本发明低温烟气温差发电装置的结构示意图。

图2为本发明低温烟气温差发电装置具体应用时的结构示意图。

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

温差发电技术就是利用两种连接起来的导电体或者半导体的塞贝克效应(Seebeck Eiffct)，将热能转换成电能的一种技术。它由两种不同类型的半导体构成的回路，当装置的一端处于高温状态，另一端置于低温状态下，就会在回路中形成电动势的公式如下：

ε＝α_s(T₂-T₁).....................................................................(1)

公式(1)中：T1为低温端温度，T2为高温端温度，αs为所用热电转换材料的塞贝克系数。在应用时把多个PN结串联起来，就构成一个热电转换模块。

如图1所示，本发明低温烟气温差发电装置包括空气出口段1、常温热管2、散热导板3、半导体温差模块4、空气壳体5、空气入口段6、烟气入口段7、低温热管8、烟气壳体9、集热导板10、烟气出口段11和导线12，散热导板3和集热导板10分别位于半导体温差模块4的相对两侧，常温热管2位于散热导板3的上方，空气出口段1和空气入口段6分别位于空气壳体5的两端，低温热管8位于集热导板10的下方，烟气入口段7和烟气出口段11分别位于烟气壳体9的相对两侧，半导体发电模块4与导线12连接。

如图2所示，低温烟气温差发电装置21与鼓风机22、引风机23、烟囱24、空气预热器25连接。

来自空气预热器末端的低温烟气(140～180℃)，经过引风机，进入烟气入口段7，将热量通过低温热管8传递给集热导板10，并通过集热导板10传递给半导体温差模块4的高温端，使半导体温差模块4的高温端保持100～120℃的温度。换热后的烟气经烟气出口段11排向烟囱。烟气侧的低温热管为耐腐蚀的石墨热管，其工作介质为水(也可是乙醇、甲苯等)，它既有良好的耐腐蚀性能，也有很好的热传递能力，使烟气的热量可以迅速传递给集热导板10和半导体温差模块4的高温端。集热导板10的材料为良导体，可以是铜、碳钢、铝合金等。集热导板10与半导体温差模块4的连接采用导热胶粘接或钎焊焊接，导热胶为环氧树脂银粉导电胶，钎焊采用低温钎焊技术。

从鼓风机来的常温空气(20℃左右)，首先进入低温烟气温差发电装置的空气入口段6，通过常温热管2使半导体发电模块4的热量传递给空气，使空气温度升高(25～30℃)。空气侧的常温热管2是铜-水热管(也可是乙醇、甲苯等)，具有良好的常温传热效果。半导体发电模块4和散热导板3的连接采用导热胶粘接或钎焊焊接。散热导板3的材料为良导体，可以是铜、碳钢、铝合金等，这样可保证半导体发电模块4的低温端的温度不超过25～30℃。温度升高后的空气通过空气出口段1进入空气预热器的末端，进一步被预热，进入加热炉的燃烧系统。

在低温烟气温差发电装置中的半导体发电模块4上就能产生100℃左右的温差。由于高温端的热激发作用较强，使此端的载流子浓度高于低温端。在扩散作用的驱动下，载流子由高温端向低温端扩散，从而在低温开路端形成电势差，实现热能向电能的直接转化。半导体发电模块4产生的电流通过导线12经过稳压和交直流转换，就可带动负载工作。

本发明低温烟气温差发电装置在空气预热器末端，利用冷空气作为温差发电装置的低温端。利用准备排放到大气中的低品位烟气作为温差发电装置的高温端。这样，连接高温端和低温端到导电体或半导体材料上，利用材料的塞贝克效应，就可以将低品位热能转换成电能。具体说，从空气预热器末端准备排向烟囱的低品位烟气(140～180℃)经过引风机，进入低温烟气温差发电装置的高温段。通过热管向半导体发电模块放热后排向烟囱，使半导体发电模块的一端达到100～120℃的温度，形成高温端。从鼓风机来的常温空气(20℃左右)，首先进入低温烟气温差发电装置的低温段，通过热管使半导体发电模块的热量传给空气，使空气温度升高(25～30℃)。温度升高后的空气进入空气预热器的末端，进一步被预热。半导体发电模块的低温端的温度达到25～30℃，这样，在低温烟气温差发电装置的半导体发电模块上就能产生100℃左右的温差。由于高温端的热激发作用较强，使此端的载流子浓度高于低温端。在扩散作用的驱动下，载流子由高温端向低温端扩散，从而在低温开路端形成电势差，实现热能向电能的直接转化。

本发明低温烟气温差发电装置采用空气进行冷却，被加热的空气供空气预热器使用，这不但节约了额外的冷却能量，还提高了空气预热器的热效率。本发明直接将低品位的烟气转换成电能，提高了热电转换效率。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种低温烟气温差发电装置，其特征在于，其包括空气出口段、常温热管、散热导板、半导体温差模块、空气壳体、空气入口段、烟气入口段、低温热管、烟气壳体、集热导板、烟气出口段和导线，散热导板和集热导板分别位于半导体温差模块的相对两侧，常温热管位于散热导板的上方，空气出口段和空气入口段分别位于空气壳体的两端，低温热管位于集热导板的下方，烟气入口段和烟气出口段分别位于烟气壳体的相对两侧，半导体发电模块与导线连接。

2.如权利要求1所述的低温烟气温差发电装置，其特征在于，所述集热导板与半导体温差模块之间采用导热胶粘接或钎焊焊接。

3.如权利要求1所述的低温烟气温差发电装置，其特征在于，所述半导体发电模块和散热导板之间采用导热胶粘接或钎焊焊接。